Complejos de cobalto

Síntesis de compuestos cobaltosos. Procedimiento experimental. Diagramas de flujo. Isómeros

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LABORATORIO DE QUÍMICA INORGANICA II

PARTE I

Complejos de Co(III)

1.-Sintesis de [Co(CO3)(NH3)4]NO3

Diagrama de flujo.

Procedimiento experimental.

Se disuelven 20 g de carbonato amonico, (NH4)2CO3, en 60 mL de agua, se añaden 30 mL de NH3 concentrado.

Por otro lado se disuelven 15.035 g de nitrato de cobalto (II), Co(NO3)2·6H2O (Pm=291.03) en 30 mL de agua.

Se mezclan ambas disoluciones agitando de forma constante, dando lugar a una disolución de color violeta. Se añaden a esta 8 mL de H2O2 al 30%, poco a poco, desprendiendo gases. Se calienta la disolución en baño de agua, evitando la ebullicion para no destruir el producto que se desea producir, hasta que el volumen queda reducido a la mitad (aprox. 100 mL). Durante el proceso se van añadiendo porciones de (NH4)2CO3 hasta llegar a 5 g añadidos.

Se filtra sobre embudo de cristal con filtro de pliegues y se enfria la disolución en baño de hielo. Tras esto se ha producido la precipitacion de un solido en forma de cristales finos color rojo violaceo. Estos se filtran por succion lavando con agua muy fria, para evitar disolución de producto, y después con etanol.

Se seca el producto al aire y se pesa, obteniendo 5.95 g de producto, [Co(CO3)(NH3)4]NO3 (Pm=248.9, 0.0239 moles)

La reacción producida es:

Complejos de cobalto
Complejos de cobalto

Vista la reaccion observamos una relación 1:1 entre reactivo limitante y producto de interes, esto produce un rendimiento de...

Co(NO3)2 Pm=183.3 de los 15.035 g de reactivo hidratado, 9.446 son del reactivo de interes, 5.153e-2 moles.


Obtenemos 0.0239 moles de producto.

Complejos de cobalto

Cuestiones.

1.- Si queremos obtener un complejo de Co(III), ¿por qué se parte de una sal de Co(II)?

Porque el Co(III) es muy oxidante y sus sales son inestables en medio acuoso.

E (Co(III) ac/Co(II) ac)=1.84 V

E (O2/H2O)=1.229 V

El potencial estandar del par Co(III)/Co(II) varia mucho en funcion del entorno del cation. Aunque hay otros factores implicados, los efectos de estabilizacion por el campo cristalino de los ligandos se ponen de manifiesto cuando vemos que el par se convierte en reductor cuando los ligandos son cianuro.

El Co(III) con configuracion de espin bajo es inerte a la sustitucion de ligandos. Por eso una vez tenemos el complejo con el ligando de interes, podemos oxidar el metal a EO(III). Así el complejo es estable en medio acuoso, puesto que hemos retirado el agua de su entorno de coordinacion y evitado la reacción. La reacción que se produce es:

Complejos de cobalto

2.- ¿Es posible oxidar el Co(II) acuoso con peroxido de hidrógeno?

Para poder oxidar el Co+2 con peroxido de hidrógeno basificamos el medio con amoniaco para formar el complejo hexaamin que estabiliza el Co+3 rebajando el potencial redox.

El peroxido de hidrógeno no es capaz de oxidar el complejo acuoso de Co(II) de forma espontanea, para poderlo oxidar hemos de disminuir su potencial formando otro complejo de menor potencial.

3.- ¿Cómo se coordina el anion carbonato al ion metálico Co(III)?

Se comporta como un ligando bidentado, una representacion esquematica podria ser:

2.-Sintesis de [CoCl(NH3)5]Cl2

Diagrama de flujo

Procedimiento experimental.

Disolvemos 2.51 g del complejo obtenido anteriormente, [Co(CO3)(NH3)4]NO3 (Pm=248.9, 0.01 moles), en 25 mL de agua, añadimos a la disolución 2 mL de HCl concentrado, gota a gota, se produce desprendimiento de un gas, seguimos añadiendo acido hasta que cesa la emision del gas.

Adicionamos entonces 5 mL de amoniaco concentrado y se calienta entorno a los 60-70ºC durante 20 minutos, en agitacion. Tras esta calefaccion se continua en las mismas condiciones 30 minutos más añadiendo, mientras tanto, un total de 40 mL de HCl concentrado en pequeñas porciones. En el proceso se observan cambios en el tono del color de la disolución, aunque siempre dentro de los violetas más o menos oscuros o lechosos.

Tras los 30 minutos de calefaccion, se deja enfriar la disolución a temperatura ambiente y aparece un precipitado de cristales color rojo purpura, este precipitado se lava con agua muy fria, decantando cada vez, tres veces. Después se filtra a vacio y se lava con etanol el solido pulverulento violeta que se obtiene.

Se seca el producto al aire y se pesa la cantidad obtenida de producto, [CoCl(NH3)5]Cl2, 1.65 g (Pm=250.4, 6.59e-3 moles)

Vista la relación estequiométrica de las reacciones producidas, vemos también una relación 1:1 entre reactivo y producto de interes, esto nos da un rendimiento de...

2.5 g [Co(CO3)(NH3)4]NO3 son 0.01 moles, obtenemos 6.59e-3 de producto.

Complejos de cobalto

Cuestiones

1.- Escribir todas las reacciones que tienen lugar en esta sintesis.

2.- Si los complejos de Co(III) son inertes a la sustitucion de ligando ¿cómo es que se produce un desprendimiento instantaneo de CO2 al acidificar la disolución del carbonato complejo?

Porque no se produce una reacción de sustitucion de ligando, sino una reacción del ligando carbonato. Este reacciona con el acido descomponiendose en CO2 y H2O.

Complejos de cobalto

3.- ¿Por qué solo entra un ligando amoniaco adicional a la esfera de coordinacion del metal?

En el complejo de interes podemos considerar una estructura intermedia en la reacción, la cual contiene una molecula de agua en la esfera de coordinacion, producto del ataque de 2 H+ al enlace, de donde se desprende el CO2. Queda así unida una molecula de agua formada por uno de los O del carbonato y los H incorporados.

Esta molecula es desplazada por una de amoniaco de más avidez por el enlace, el cloro no es desplazado pues su enlace es más fuerte.

4.- ¿Puede el cloruro desplazar a un ligando ammin de la esfera de coordinacion del Co(III)?

No, porque los ligandos N-dadores del amoniaco (ligando de campo fuerte) forman enlaces más estables con el metal que los cloruro (ligando de campo debil) y por tanto son más dificiles de sustituir. El enlace metal-amoniaco es más favorable que el enlace metal-cloruro, por lo que el cloruro no tiene tendencia a sustituir al amoniaco.

3.-Sintesis de [Co(NH3)6]Cl3

Diagrama de flujo

Procedimiento experimental

Procedemos como en el apartado anterior, pero con las cantidades de reactivos reducidas a la mitad.

Disolvemos 1.25 g del complejo obtenido anteriormente, [Co(CO3)(NH3)4]NO3 (Pm=248.9, 0.005 moles), en 12.5 mL de agua, añadimos a la disolución 1 mL de HCl concentrado, gota a gota, se produce desprendimiento de un gas, seguimos añadiendo acido hasta que cesa la emision del gas.

Adicionamos entonces 2.5 mL de amoniaco concentrado y se calienta entorno a los 60-70ºC durante 20 minutos, en agitacion. Junto con el amoniaco se añade también un poco de carbon activo y se calienta durante 30 minutos suavemente.

Después se elimina el carbon activado por filtrado en pliegues y la disolución, de color naranja, se separa y añade HCl concentrado hasta la formacion de un precipitado. Se enfria entonces en baño de hielo, se filtra, lava con HCl 4 M y etanol, y se deja secar al aire el precipitado fino de color naranja. Una vez pesado da una cantidad de producto obtenido de 0.640 g de [Co(NH3)6]Cl3, Pm=267.4, 0.00239 moles.

Como se trata de una sustitucion simple de ligando la estequiometria es clara, el cálculo del rendimiento será entonces...

Complejos de cobalto

Cuestiones

1.- ¿Que funcion desempeña el carbon activo en esta sintesis?

Como adsorbente, retira los iones nitrato de la disolución para evitar la formacion y precipitacion del complejo [Co(NH3)6](NO3)3. También podria actuar como catalizador.

4.- Estudio del espectro de absorción V-UV de complejos de CO(III).

Diagrama de flujo

Procedimiento experimental

Se preparan 10 mL de disoluciones 0.01 M de los complejos obtenidos en los apartados uno y dos, para ello calculamos la cantidad de producto necesario.

Complejo

Peso molecular

gramos para 10mL 0.01 M

gramos pesados

moles

Concentracion

[CoCl(NH3)5]Cl2

250.4

0.0267

0.029

1.07e-4

0.0107 M

[Co(NH3)6]Cl3

267.4

0.02674

0.027

1.08e-4

0.0108 M

Con estas disoluciones llevamos a cabo un espectro de absorcion entre 300-800 nm.

[CoCl(NH3)5]Cl2 [Co(NH3)6]Cl3

Con unos valores de maximos y absorbancias de...

Complejo

Lambda maxima (nm)

Absorbancia

[CoCl(NH3)5]Cl2

528

0.532

362.5

0.533

[Co(NH3)6]Cl3

476.5

0.597

340

0.539

Cuestiones

1.- ¿Cuál es el coeficiente de extinción molar de las bandas de absorción observadas?

Abs=·c·l l=1cm Complejos de cobalto
=Abs/c

Complejo

Lambda maxima (nm)

Absorbancia

Conc (M)

Coef. Extin.

[CoCl(NH3)5]Cl2

528

0,532

0,0107

49,7196262

362.5

0,533

0,0107

49,8130841

[Co(NH3)6]Cl3

476.5

0,597

0,0108

55,2777778

340

0,539

0,0108

49,9074074

2.- Con ayuda del diagrama de Tanabe y Sugano, asignar las bandas observadas a las correspondientes transiciones electronicas. ¿Los complejos son de espin alto o bajo?

Complejos de cobalto

Complejo

[CoCl(NH3)5]Cl2

[Co(NH3)6]Cl3

Lambda (nm)

528

362.5

476.5

340

Num. onda (cm-1)

18939.393

27586.207

20986.358

29411.764

Co+3 ion d6

Spin alto " campo debil Spin bajo"campo fuerte

Si el complejo es de espin alto solo habria una transicion permitida por el espin.

Si es de espin bajo habria cuatro transiciones permitidas.

Solo vemos dos porque las otras quedan fuera del rango de observación. Así que ambos complejos son de espin bajo.

Las transiciones que observamos son las menos energeticas permitidas por el espin y corresponden a:

Complejos de cobalto

3.- Calcular el valor de 0 y B' de cada complejo, utilizando las expresiones teoricas de la energía de las transiciones electronicas que se indican.

1=0-4B'+86B'2/0 (1) 2=0+12B'+2B'2/0 (2)

Complejo

[CoCl(NH3)5]Cl2

[Co(NH3)6]Cl3

1 (cm-1)

18939.393

20986.358

2 (cm-1)

27586.207

29411.764

Damos valores a 0, calculamos cuanto vale B en la ecuación (1) y cuanto 2 en la ecuación (2) según ese valor de 0 y de B'. Cuanto se ajuste al valor de 2 serán los valores correctos.

1=0-4B'+86B'2/0

1·0-02=-4B'0+86B'2

º 1·0-02=B'(-40+86B') 86B'2-4B'0-(1·0-02)=0

Para [CoCl(NH3)5]Cl2

1 (cm-1)

18939.393

2 (cm-1)

27586.207

2=0+12B'+2B'2/0

0 (cm-1)

B' (cm-1)

2 (cm-1)

10000

1278.29

25666,28506

12000

1301.89

27905,16626

11500

1300.07

27481,95861

11550

1300.38

27447,3718

11600

1300.66

27499,59525

11700

1301.14

27603,07578

11650

1300.91

27551,4551

11675

1301.03

27577,3264

11685

1301.07

27587,5761

Para un valor de 0=11685 cm-1 obtenemos un valor bastante aproximado a 2, con un valor para B' de 1301.07 cm-1.

Para [Co(NH3)6]Cl3

1 (cm-1)

20986.358

2 (cm-1)

29411.764

Repetimos el proceso: 86B'2-4B'0-(1·0-02)=0

2=0+12B'+2B'2/0

0 (cm-1)

B' (cm-1)

2 (cm-1)

10000

1386,49

27022,3509

12000

1433,1

29539,49594

11900

1431,68

29424,64868

11890

1431,54

29413,19098

Para un valor de 0=11890 cm-1 obtenemos un valor bastante aproximado a 2, con un valor para B' de 1431.54 cm-1.

4.- ¿Que ligando es de campo más fuerte amoniaco o cloruro?. Calcular el valor de 0 del hipotético complejo [CoCl6]-3.

El amoniaco es un ligando de campo fuerte, más que el cloruro.

Si consideramos que las contribuciones de cada ligando son aditivas en el valor de 0 calculamos el valor por “unidad” de amoniaco en el complejo hexaamin.

11890 cm-1/6=1981.6 cm-1 por ligando amoniaco.

En el complejo con cinco ligandos amin y un cloro seria una contribucion de cada uno de...

5 amin·1981.6 cm-1=9908 cm-1 hasta 11685 cm-1 son 1777 cm-1 correspondientes al cloruro.

Entonces un complejo hexacloruro deberia tener

6·1777 cm-1=10662 cm-1 de 0

5.- Medida de la conductancia molar de los complejos obtenidos: numero de iones existentes en la disolución.

Diagrama de flujo

Procedimiento experimental

Preparamos 25 mL de disoluciones 0.001 M de los tres complejos obtenidos.

Medimos la conductancia especifica rapidamente tras la preparación:

Complejo

Pm

g necesarios

g pesados

Conc (M)

e(S/cm)

m(S/cm·mol)

[Co(CO3)(NH3)4]NO3

248,9

0,0062225

0,0064

0,00102853

110,4

107,338125

[CoCl(NH3)5]Cl2

250,4

0,00626

0,0062

0,00099042

290

292,8064516

[Co(NH3)6]Cl3

267,4

0,006685

0,0069

0,00103216

529

512,5166667

m=103·e/M M=concentracion

Con estos valores de conductancia vamos a la tabla que indicara el tipo de electrolito que tenemos en la disolución.

Tipo de electrolito

Disolvente

1:1

1:2

1:3

1:4

Agua

118-131

235-275

408-435

"560

Complejo

m(S/cm·mol)

Electrolito

[Co(CO3)(NH3)4]NO3

107,338125

1:1

[CoCl(NH3)5]Cl2

292,8064516

1:2

[Co(NH3)6]Cl3

512,5166667

1:3

Observamos que los valores obtenidos quedan fuera de los intervalos, esto consideramos que puede ser debido a la presencia de otros electrolitos que varian la conductancia, ya que esta no será solo debida al complejo en disolución, sino a la suma de todos los posibles electrolitos presentes en la disolución, tales como impurezas, productos de reacción secundarios, etc...

Sintesis de los isomeros de enlace cloruro de pentaamminnitritocobalto(III) y cloruro de pentaamminnitrocobalto(III)

6.- Sintesis de [Co(ONO)(NH3)5]Cl2

Diagrama de flujo

Procedimiento experimental

Se disuelven, calentando suavemente, 0.75 g de [CoCl(NH3)5]Cl2 (Pm=250.4, 2.99e-3 moles)en una mezcla de 2.5 mL de amonicaco concentrado y 25 mL de agua, dando lugar a una disolución de color violeta. Filtramos para eliminar turbidez y enfriamos a 10ºC en baño de agua con hielo, controlando la temperatura. Adidificamos lentamente con HCl 2M hasta pH 6.5 aproximadamente.

Añadimos entonces 1.5 g de NaNO2 (deberiamos haber usado 0.75 g, pero por un despiste siguiendo el guion, se añadio el doble de lo debido, puesto que estamos trabajando con la mitad de las cantidades que indica el guion) y una vez disuelto (se disolvio todo) 0.75 mL de HCl 6M.

Enfriamos entonces sobre baño de hielo durante una hora y separamos el precipitado de color naranja formado mediante filtrado al vacio, lavando con agua fria y etanol.

Obtenemos una cantidad de 0.58 g de producto [Co(NO2)(NH3)5]Cl2 (Pm=260.83, 2.2e-3 moles), que teniendo en cuenta las reacciones producidas da un rendimiento de...

Complejos de cobalto
Complejos de cobalto

Complejos de cobalto

7.- Sintesis de [Co(NO2)(NH3)5]Cl2

Diagrama de flujo

Procedimiento experimental

Se disuelven 0.5 g (1.92e-3 moles) del compuesto obtenido en el apartado anterior en 5 mL de agua caliente a la que se le ha añadido unas gotas de NH3 concentrado.

Se enfria la disolución en un baño de hielo mientras se añaden 5 mL de HCl concentrado. Se deja cristalizar. Se filtra y lava con etanol.

Obtenemos una cantidad de poducto [Co(NO2)(NH3)5]Cl2 (Pm=260.83, es un isomero) de 0.36 g (1.38e-3 moles). Lo cual nos da un rendimiento de...

Complejos de cobalto

Con estos productos, y fuera del guion de practicas, preparamos disoluciones adecuadas para obtener su conductancia, en concreto 25 mL 0.001M de cada uno de ellos.

Complejo

Pm

g necesarios

g pesados

Conc (M)

e (S/cm)

m (S/cm·mol)

[Co(ONO)(NH3)5]Cl2

260,83

0,00652075

0,0069

0,0010581

335

316,5871377

[Co(NO2)(NH3)5]Cl2

260,83

0,00652075

0,0066

0,0010121

305

301,3376894

Aparecen valores bastante elevados sobre lo que deberian ser, quiza sea debido a la presencia de produtos de reacción no deseados, posible mezcla de electrolitos 1:2 y 1:3

8.- Comparacion de isomeros.

Diagrama de flujo

Procedimiento experimental

Preparamos una disolución diluida de cada uno de los dos isomeros. Dividimos la disolución de nitritocomplejo ([Co(ONO)(NH3)5]Cl2) en dos tubos de ensayo y calentamos uno de ellos en un baño de agua caliente, observamos que la disolución cambia de color de naranja a amarillo. Acidificamos con HCl la disolución del otro complejo ([Co(NO2)(NH3)5]Cl2) y la irradiamos durante 30 minutos con luz UV.

Cuestiones

1.- ¿Cuál de los dos isomeros es más estable?

Es más estable el complejo nitro, [Co(NO2)(NH3)5]Cl2, puesto que cuando se sintetiza el complejo nitrito, [Co(ONO)(NH3)5]Cl2, este se convierte de forma espontanea en el anterior. Esto se puede confirmar observando la evolucion de una muestra con el tiempo a traves de los espectros IR. En ellos desaparecen las bandas correspondientes al nitrito y van apareciendo las correspondientes al nitro.

2.- ¿Por qué se obtiene primero el nitrito complejo?

Por razones cineticas y de accesibilidad, hay que tener en cuenta que en principio hay el doble de probabilidades de unirse al metal a traves de un oxigeno (hay dos), que hacerlo a traves del nitrogeno (que solo hay uno).

9.- Espectros infrarrojos de los compuestos de Co(III) aislados.

Diagrama de flujo

Procedimiento experimental

Tomamos cantidades aproximadas a 1 mg de cada uno de los compuestos aislados de forma individual (cada pareja los suyos). Los mezclamos, cada uno por su parte, con unos 100 mg de KBr muy seco y trituramos muy finamente ambos en un mortero de agata.

Después preparamos pastillas para IR con la mezcla con ayuda de una prensa y registramos el espectro IR de cada uno de los complejos entre 2000 y 800 cm-1.

Cuestiones

1.- Asignar las bandas correspondientes a los ligandos presentes consultando la bibliografia que se indica.

2.- En el caso del complejo con carbonato, indicar cual es su modo de coordinacion más probable.

Presenta un modo de coordinacion bidentado.

3.- Comparad los espectros de los complejos conteniendo los ligandos nitro y nitrito y comentar las diferencias entre ellos.

Observamos las siguientes bandas:

Banda

[Co(NO2)(NH3)5]Cl2

[Co(ONO)(NH3)5]Cl2

Observacion

824.9

Visible

Imperceptible

Debida a estructura del nitrocomplejo

847.2

850.6

Muy intensa

Banda comun a ambos complejos

Muy intensa

1060.8

1061.5

Poco intensa

Debida a estructura del nitritocomplejo

Muy intensa

1184.1

1227.3

Muy poco intensa

Poco intensa

1306.1

1316.9

Muy intensa

Banda comun a ambos complejos

Muy intensa

1366.5

1423.3

1427.3

Intensa

Debida a estructura del nitrocomplejo

Muy Intensa

1454.8

1455.4

Poco intensa

Debida a estructura del nitritocomplejo

Intensa

1618.0

1618.5

Muy intensa

Banda comun a ambos complejos

Muy intensa

Vemos la aparicion o desaparicion de las bandas correspondientes a uno de los complejos en el espectro del otro. Son bandas de interes las que estan en torno a los valores de 825, 1060, 1425 y 1450 cm-1.

1

20

SECADO

PESADO

RENDIMIENTO

Disolucion

Agua fria

EtOH

2.5 g complejo

25 mL H2O

Precipitacion

cristales rojos

Lavado Etanol

15g (NO3)2Co· H2O

30 mL H2O

5g CO3(NH4)2

en porciones

Baño hielo

porciones

H2O

muy fria

8 mL H2O2 30%

FILTRADO

Succion

Disolucion

ðT suave

Evaporacion hasta

½ volumen

FILTRADO

sobre papel

40 mL HCl conc.

Agitacion

60 mL NH3 conc

20g CO3(NH4)2

60 mL H2O

SECADO AIRE

PESADO

RENDIMIENTO

Disolucion

Filtrado

Baño de hielo

2 horas

3 mL HCl 6M

Disolucion

3 g NaNO2

HCl 2M

hasta pH=6.5

Frio a

10ºC

Disolución T

3 g [CoCl(NH3)5]Cl2

10 mL NH3 conc.

100 mL H2O

Conductancia especifica

Cristales rojos

Lavado decantacion

H2O fria

5 mL NH3 ac.

Disolucion

Conductancia especifica

ENFRIADO

T amb

ðT 60-70ºC 20 min

ðT 60-70ºC 30 min

2 mL HCl conc.

hasta fin emision

CO2

Filtrado a vacio

Conductancia especifica

Disolucion

[Co(CO3)(NH3)4]NO30.001M

Etanol

Disolucion

[CoCl(NH3)5]Cl2

0.001M

Filtrado

si turbio

Disolucion

[Co(NH3)6]Cl3

0.001M

SECADO

PESADO

RENDIMIENTO

Espectro de

Absorción

300-800 nm

Espectro de

Absorción

300-800 nm

10 mL

[CoCl(NH3)5]Cl2

0.01M

1.25 g complejo

12.5 mL H2O

Lavado Etanol

Baño de hielo

10 mL

[Co(NH3)6]Cl3

0.01M

Filtrado

Filtrado

g/g

SECADO

PESADO

RENDIMIENTO

SECADO

PESADO

RENDIMIENTO

Precipitado

g/g

Lavado HCl 4M

2.5 mL NH3 ac.

Carbon activo

HCl conc.

hasta formacion

precipitado

Disolucion naranja

ðT suave 30 min

1 mL HCl conc.

hasta fin emision

CO2

Etanol

Prensar en molde de pastilla IR

Registrar espectro IR

Filtrado

Acidificar con HCl

10 mL HCl conc.

Cristalizacion

Baño de hielo

2 g [Co(ONO)(NH3)5]Cl2

gotas NH3 conc.

20 mL H2O cal.

Irradiar con luz UV

30 min

OBSERVAR

OBSERVAR

OBSERVAR

Tubo

ensayo

Tubo

ensayo

Disolucion

[Co(NO2)(NH3)5]Cl2

Calentar

en baño de agua

Disolucion

[Co(ONO)(NH3)5]Cl2

1.84 V

1.77 V

0.1 V

1.77 V

Co+3/Co+2

H2O2/H2O

H2O2/H2O

Complejos de cobalto

NH3

NH3

NH3

Co+3

NH3

O

O

O

C

+

Complejos de cobalto

Complejos de cobalto

0

0

Molturar en mortero de agata

Complejos de cobalto

1 mg

de cada uno de los

complejos aislados

100 mg

KBr seco